DE4100062C2 - Einrichtung zur Bestimmung vorkommender fehlerhafter linearer Wärmedehnung zur Bildung von Korrektionssignalen - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur Bestimmung vorkommender fehlerhafter linearer Wärmedehnung zur Bildung von Korrektursignalen bei Längenmessgebern mit linearer Kompensation der durch die Wärmedehnung verursachten Fehler, insbesondere für Bearbeitungs- und Meßmaschinen sowie für Fertigungs- und Meßroboter.

Im Betrieb, wenn die Längenmeßgeber auf Werkzeugmaschinen montiert sind, sind die Längenmeßgeber Temperaturänderungen ausgesetzt, die auf ihre Genauigkeit wesentlichen Einfluß ausüben können. Um diesem Vorkommen auszuweichen, sind bereits Einrichtungen, ggfs. "Meßeinrichtungen", bekannt (vgl. DE 33 16 081 A1; DE 33 16 082 A1 = EP 0 123.895 A1), bei welchen die Konstruktionsanstrengungen in der Richtung gemacht wurden, dass die durch die Wärmedehnung/-Zusammenziehung verursachte Verlängerung/Kürzung des Maßstabs mittels mechanischer Hilfsmittel, die dieser Verlängerung/Kürzung adäquate, entgegengerichtete Deformation, die auf elastischen Verformungsbereich begrenzt werden muß, kompensiert wird.

Eine Analyse der Referenzschriften zeigt, daß die erwähnten Kompensationsmittel jeweils (von Lösung zu Lösung und von Erzeugnis zu Erzeugnis) individuelle fabrikmäßige Justierung voraussetzen und die Genauigkeit des Erzeugnisses mit einer Genauigkeits-Garantieaussage erklärt werden muß.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, jegliche Voraussetzung hinsichtlich der Justierung zu beseitigen.

Die Erfindung basiert auf dem Konzept, daß in einem diesbezüglichen geschlossenen Regelkreis, welcher u. a. einen Rechner enthält, worin gemäß einem entsprechenden Algorithmus gewisse Auswertungen durchgeführt werden können, keine Notwendigkeit vorliegt, um für eine absolut genaue, d. h. wärmeunempfindliche Meßleiste sorgen zu müssen.

Das der Erfindung zugrunde liegende und mit dem oben angegebenen Ziel verbundene Problem überführt sich somit auf die Frage, wie eine Referenz-Meßstelle, die gegenüber der Befestigungsstelle des an sich dehnbaren Maßstabes definierten Abstand besitzt, geschaffen werden soll, so daß die Lage dieser Referenz-Meßstelle gegenüber einer zweckmäßigerweise am freien Ende des dehnbaren Maßstabes befindlichen Vergleichs-Meßstelle (-Teilung) von einem elektronischen Lesekopf überwacht werden kann, der außerhalb eigentlicher Länge des Maßstabes angeordnet ist und somit mit seiner Anwesenheit die Systemlänge der Einrichtung nur unwesentlich vergrößert.

Erfindungsgemäß ist in einem trogartigen Gehäuse ein erstes, wandartiges Trägerelement festgesetzt, an welchem einerseits mindestens zwei säulenartige, im wesentlichen wärmedehnungsunempfindliche, d. h. einen Wärmedehnungskoeffizienten von α ≈ 0 K^-1 aufweisende, Rahmenelemente lagefest gebunden sind, deren andere Enden an einem anderen, dem ersterwähnten Trägerelement analogen, gegenüber dem Gehäuse jedoch freistehenden wandartigen Trägerelement lagefest gebunden sind. Im Freiraum zwischen den Rahmenelementen sind ein mit dem lagefixierten Trägerelement fest verbundener, wärmedehnungsempfindlicher Maßstab einerseits und ein mit dem freistehenden Trägerelement fest verbundener Bezugsteilung-Träger andererseits angeordnet. Die Endabschnitte des Maßstabes und des Bezugsteilung-Trägers decken sich nebeneinander. Die sich nebeneinander deckenden Endabschnitte des Maßstabes und des Bezugsteilung-Trägers sind in einem mit dem freistehenden Trägerelement fest verbundenen elektronischen Lesekopf angeordnet.

Das jeweilige Trägerelement besitzt in seinem mittleren Bereich eine Profilausnehmung zur Aufnahme u. a. des Maßstabes einerseits und des Bezugsteilung-Trägers andererseits und je zwei Rundlöcher zur Aufnahme von Rahmenelementen.

Die Rahmenelemente sind im Bereich zwischen den Trägerelementen durch Aufnahmerinnen, die in gehäuseseitigen, konsolenartigen Vorsprüngen ausgebildet sind, geführt.

Der Maßstab ist unter Zuhilfenahme von zwei elastisch gespannten Drähten, von welchen der eine unter Zwischenschaltung von Reitern längs des oberen Randes des Maßstabes und der andere ebenso unter Zwischenschaltung von Reitern längs des Sockelbereichs des Maßstabes geführt sind, zur Bodenfläche bzw. zu einer längs letzterer gelegenen Leistenschwelle des Gehäuses gedrückt.

Die Erfindung wird nachstehend auf Grund einer informativen, einzigen Zeichnung, die die betreffende Einrichtung in dreidimensionaler Darstellung bei beseitigtem Deckel und teilweise abgebrochenem Gehäuse zeigt, näher beschrieben.

Das Wesentliche der erfindungsgemäßen Einrichtung liegt darin, daß an einem Ende eines Gehäuses 1 ein flacher Maßstab 2 und zwei säulenartige Rahmenelemente 3, 4 jeweils einerseits mit einem wandartigen Trägerelement 5 und am anderen Ende des Gehäuses 1 ein dem Querschnitt des Maßstabes 2 angepaßter und in Längsrichtung des letzteren angeordneter Distanzhalter 18, ein Bezugsteilung-Träger 7 und die anderen Enden der Rahmenelemente 3, 4 mit einem ebenso wandartigen Trägerelement 6 verbunden (z. B. geklebt) sind. Die zueinander gerichteten Endabschnitte des Maßstabs 2 und des Bezugsteilung-Trägers 7 decken sich nebeneinander unterhalb eines Lesekopfes 8, dessen elektronische Einheit die auf Grund der durch die Temperaturänderungen entstandene Differenz der Länge des Maßstabs 2 zur Bezugsteilung liest.

Die Rahmenelemente 3, 4 zeichnen sich durch niedrigen Wärmedehnungskoeffizienten aus (α ≈ 0 K^-1). Die Einspannung des Maßstabs 2 mittels gespannter Drähte 10, 12, wie gezeigt, gewährleistet freie Wärmedehnung und -Zusammenziehung desselben.

Das Trägerelement 5, das im Gehäuse 1 festgesetzt (geklebt) ist, weist in seinem mittigen Bereich eine Profilausnehmung 21, an welche sich ein Rundloch 22 außermittig anschließt, in seinem oberen, bezüglich des Maßstabes 2 linken Bereich ein Rundloch 23 und in seinem Sockelbereich ein weiteres Rundloch 24 auf, wobei die Rundlöcher 22, 24 auf der bezüglich des Rundloches 23 gegenüberliegenden Seite der Profilausnehmung 21 angeordnet sind. Zwischen dem am anderen Ende des Gehäuses 1 befindlichen Trägerelement 6 und dem Gehäuse 1 selbst liegt kein Kraftschluß vor. Das Trägerelement 6 weist in seinem mittigen Bereich eine der Profilausnehmung 21 analoge Profilausnehmung 25, in seinem oberen Bereich ein dem Rundloch 23 analoges Rundloch 26 und in seinem Sockelbereich ein weiteres, dem Rundloch 24 analoges Rundloch 27 auf.

Eine im wesentlichen durch die ganze Länge des Gehäuses 1 verlaufende Leistenschwelle 28 des Gehäuses 1 ist an Endabschnitten des Gehäuses 1 jeweils zweimal ausgeschnitten. Die ersten zwei Ausschnitte dienen zur Anbringung einer Spannvorrichtung 15 und des Trägerelements 5 und die anderen zwei Ausschnitte dienen zur Anbringung des Trägerelementes 6 und von zwei Befestigungsschrauben 16, 17, die zur Befestigung beider gespannten Drähte 10, 12 dienen.

Im Gehäuse 1 sind laut vorliegender Abbildung zwei im wesentlichen durch die ganze Länge des Gehäuses 1 verlaufende Aufnahmerinnen 29, 30 bildende konsolenartige Vorsprünge 31, 32, u. z. der erstere auf einer Hochflanke und der andere auf der Bodenfläche des Gehäuses 1, ausgebildet. In die Aufnahmerinne 29, das Rundloch 23 des Trägerelements 5 und das Rundloch 26 des Trägerelements 6 ist das erste Rahmenelement 3 eingeschoben, das in der Aufnahmerinne 29 nur in seiner Axialrichtung, d. h. parallel zur Längsorientierung des Gehäuses 1, frei beweglich ist. Durch die Aufnahmerinne 30, das Rundloch 24 des Trägerelements und das Rundloch 27 des Trägerelements 6 ist das zweite, d. h. sockelseitige, Rahmenelement 4 eingeschoben.

Durch die Profilausnehmung 9 des Trägerelements 5 hindurchgesetzt und damit fest verbunden (z. B. geklebt) ist der Maßstab 2, der auf der Bodenfläche des Gehäuses 1 kantenweise gestellt und zu letzterer, d. h. in vertikaler Richtung, mittels des auf Reitern 9 geführten Drahtes 10 gedrückt wird. Darüber hinaus ist der Maßstab 2 mittels des auf weiteren Reitern 11 geführten Drahtes 12 zur Leistenschwelle 28 in waagerechter Richtung gedrückt. Die Reiter 9, 11 weisen jeweils unterschiedliche Höhen auf, so daß die beiden Drähte 10, 12 unterschiedlich vom Maßstab 2 entfernt sind, um im wesentlichen gleichmäßige Haltebelastung des letzteren zu gewährleisten. Die Reiter 9, 11 sind gleichmäßig verteilt längs des Maßstabs 2 angeordnet, und mindestens ein Reiter 9 befindet sich auch auf dem Distanzhalter 18.

Keiner von den gespannten Drähten 10, 12 berührt die Trägerelemente 5, 6 an irgendwelcher Stelle, indem sie durch die Ausnehmungen und die Rundlöcher der Trägerelemente 5, 6 verlaufen. Zur Mitdehnung der Drähte 10, 12 sind in diese Zugfedern 13, 14 eingegliedert.

Im Trägerelement 5 sind ferner zwei Bohrlöcher 19, 20 ausgebildet, eines von oben, das andere seitlich, die zur Eintragung des Bindemittels (z. B. Klebemittels) für die Verbindung der Rahmenelemente 3, 4 und des Trägerelements 5 dienen. Im Trägerelement 6 sind den. Bohrlöchern 19, 20 analog zwei Bohrlöcher ausgebildet, die demselben Zweck dienen wie die Löcher 19, 20 des Trägerelements 5.

Die Rahmenelemente 3, 4 sind aus einem Werkstoff mit niedrigem Wärmedehnungskoeffizienten (α ≈ 0 K^-1) gefertigt.

Der Maßstab 2 und der Bezugsteilung-Träger 7 verlaufen parallel durch den Lesekopf 8, der die erforderliche elektronische Einheit enthält zum Aufbauen entsprechender Signale als Anzeige der Tatsache, daß es zur Wärmedehnung/- Zusammenziehung kam.

Die durch den Lesekopf 8 ermittelten Meßwerte werden rechnerisch behandelt. So können die Meßwerte mittels entsprechenden Algorithmus in breitem Temperaturbereich kompensiert werden.

Claims (4)

1. Einrichtung zur Bestimmung vorkommender fehlerhafter linearer Wärmedehnung zur Bildung von Korrektursignalen bei Längenmeßgebern mit linearer Kompensation der durch die Wärmedehnung verursachten Fehler, insbesondere für Bearbeitungs- und Meßmaschinen sowie für Fertigungs- und Meßroboter, dadurch gekennzeichnet, daß in einem trogartigen Gehäuse (1) ein erstes, wandartiges Trägerelement (5) festgesetzt ist, an welchem einerseits mindestens zwei säulenartige, im wesentlichen wärmedehnungsunempfindliche, d. h. einen Wärmedehnungskoeffizienten α ≈ 0 K^-1 aufweisende, Rahmenelemente (3, 4) lagefest gebunden sind, deren andere Enden an einem anderen, dem ersterwähnten Trägerelement (5) analogen, gegenüber dem Gehäuse (1) jedoch frei verschieblichen wandartigen Trägerelement (6) lagefest gebunden sind; daß im Freiraum zwischen den Rahmenelementen (3, 4) ein mit dem lagefixierten Trägerelement (5) fest verbundener, wärmedehnungsempfindlicher Maßstab (2) einerseits und ein mit dem freistehenden Trägerelement (6) fest verbundener Bezugsteilung-Träger (7) andererseits angeordnet sind; daß sich die Endabschnitte des Maßstabes (2) und des Bezugsteilung-Trägers (7) nebeneinander decken; und daß die sich nebeneinander deckenden Endabschnitte des Maßstabes (2) und des Bezugsteilung-Trägers (7) in einem mit dem freistehenden Trägerelement (6) fest verbundenen elektronischen Lesekopf (8) angeordnet sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das jeweilige Trägerelement (5; 6) in seinem mittleren Bereich eine Profilausnehmung (21; 25) zur Aufnahme des Maßstabes (2) einerseits und des Bezugsteilung-Trägers (7) andererseits und je zwei Rundlöcher (23; 24; 26, 27) zur Aufnahme von Rahmenelementen (3, 4) aufweist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmenelemente (3, 4) im Bereich zwischen den Bindern (5, 6) durch Aufnahmerinnen (29, 30), die in gehäuseseitigen, konsolenartigen Vorsprüngen (31, 32) ausgebildet sind, geführt sind.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Maßstab (2) unter Zuhilfenahme von zwei elastisch gespannten Drähten (10, 12), von welchen der eine unter Zwischenschaltung von Reitern (9) längs des oberen Randes des Maßstabs (2) und der andere ebenso unter Zwischenschaltung von Reitern (11) längs des Sockelbereichs des Maßstabes (2) geführt sind, zur Bodenfläche bzw. zu einer längs letzterer gelegenen Leistenschwelle (28) des Gehäuses (1) gedrückt ist.